李澤霖，賴天德，王世祥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。高可靠性的要求對(duì)事故（事件）快速研判分析和處理有了更高的要求。在事故（事件）處理過(guò)程中，故障信息是分析電力事故最重要的基礎(chǔ)，其通常由故障電流、故障電壓、故障相別、持續(xù)時(shí)間以及保護(hù)元件和斷路器的動(dòng)作狀態(tài)與時(shí)間等信息組成。故障錄波裝置根據(jù)采集的故障信息進(jìn)行準(zhǔn)確快速的判斷，從而實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備的快速?gòu)?fù)電。

目前，許多故障錄波裝置的開(kāi)關(guān)量通道已滿，無(wú)法接入更多的開(kāi)關(guān)量（如保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)等），而且還存在多間隔發(fā)生短路故障時(shí)，故障錄波裝置無(wú)法同時(shí)記錄所有間隔故障波形的情況[1]。

1 故障錄波裝置

根據(jù)《南方電網(wǎng)故障錄波及行波測(cè)距裝置技術(shù)規(guī)范》和《南方電網(wǎng)繼電保護(hù)通用技術(shù)規(guī)范》對(duì)故障錄波裝置規(guī)定了南方電網(wǎng)公司范圍內(nèi)110 kV及以上常規(guī)廠站故障錄波裝置的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求[2,3]。例如，220 kV主變故障錄波的模擬量需包含直流電壓、各側(cè)母線電壓UA、UB、UC、3U0（每段母線）以及各側(cè)電流IA、IB、IC、3I0（高、中壓側(cè)中性點(diǎn)零序電流3I0），開(kāi)關(guān)量需包含高壓側(cè)斷路器每相分位、合位以及保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等。

2 故障錄波裝置運(yùn)行問(wèn)題

2.1 保護(hù)提供接點(diǎn)不足

由于南瑞繼保RCS系列的110 kV線路保護(hù)裝置僅提供TWJ、HWJ等反應(yīng)開(kāi)關(guān)位置的接點(diǎn)，故障錄波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作、重合閘動(dòng)作以及斷路器操作箱手跳動(dòng)作等開(kāi)關(guān)量的記錄功能，因此110 kV線路故障錄波裝置無(wú)法滿足技術(shù)規(guī)范要求。

南瑞繼保RCS系列、南電研NSA系列以及長(zhǎng)園深瑞ISA系列的主變保護(hù)裝置僅提供了數(shù)量有限的保護(hù)跳閘信號(hào)接點(diǎn)，而此接點(diǎn)一般優(yōu)先用于測(cè)控裝置和安自裝置等，因此故障錄波裝置缺少主變保護(hù)裝置保護(hù)跳閘信號(hào)接點(diǎn)這一開(kāi)關(guān)量，使得主變發(fā)生故障時(shí)的故障錄波信息不完全。

南瑞繼保RCS系列、北京四方CSC系列以及國(guó)電南自PSL系列的220 kV線路保護(hù)僅提供數(shù)量有限的TJR、TJF永跳接點(diǎn)，而且由于TJR用于母線保護(hù)失靈開(kāi)入，TJF不引出用于現(xiàn)場(chǎng)，使得220 kV線路保護(hù)的永跳接點(diǎn)無(wú)法用于接入220 kV故障錄波裝置的開(kāi)關(guān)量中，造成220 kV故障錄波裝置開(kāi)關(guān)量的缺失。

南瑞繼保RCS系列和長(zhǎng)園深瑞B(yǎng)P系列母線保護(hù)裝置僅提供母差保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)，像需要接入公用故障錄波裝置的失靈動(dòng)作、IM母差動(dòng)作以及IIM母差動(dòng)作接點(diǎn)未能提供，因此造成公用故障錄波裝置對(duì)母線保護(hù)動(dòng)作分析不完善。

綜上所述，對(duì)于保護(hù)裝置提供接點(diǎn)不足的實(shí)例可以看出，故障錄波裝置因開(kāi)關(guān)量的缺失不能按照相關(guān)規(guī)范完善回路，對(duì)發(fā)生故障后的結(jié)論造成錯(cuò)誤的導(dǎo)向。

2.2 故障錄波無(wú)多重暫態(tài)錄波功能

對(duì)變電站內(nèi)主流廠家如雙合、山東山大以及中元華電等故障錄波裝置在設(shè)計(jì)上未考慮多重啟動(dòng)錄波時(shí)的情況，當(dāng)突變量啟動(dòng)錄波結(jié)束后，故障錄波裝置會(huì)延時(shí)一定的時(shí)間后返回。在故障錄波裝置未復(fù)歸前會(huì)處于暫態(tài)閉鎖狀態(tài)，此時(shí)其他間隔突變量啟動(dòng)錄波時(shí)會(huì)被故障錄波裝置自動(dòng)屏蔽，導(dǎo)致其他間隔數(shù)據(jù)丟失，或者當(dāng)系統(tǒng)故障情況較為復(fù)雜時(shí)，故障錄波裝置正常錄波后閉鎖時(shí)間未結(jié)束，本間隔或其他間隔再發(fā)生新故障時(shí)，故障錄波裝置無(wú)法對(duì)新故障進(jìn)行錄波，從而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生多重故障時(shí)，故障錄波裝置錄波缺失。

根據(jù)故障錄波裝置內(nèi)部定值整定，將錄波啟動(dòng)復(fù)歸時(shí)間整定為1 s時(shí)（0 s為不復(fù)歸），故障錄波裝置錄波后1 s后自動(dòng)復(fù)歸。如果系統(tǒng)出現(xiàn)單純性長(zhǎng)期低電壓，故障錄波裝置啟動(dòng)并記錄，啟動(dòng)量消失后錄波結(jié)束進(jìn)入錄波啟動(dòng)復(fù)歸時(shí)間，此時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)新故障，故障錄波裝置此時(shí)處于閉鎖狀態(tài)，新故障將缺失1 s內(nèi)的故障錄波情況。綜上所述，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁波動(dòng)和復(fù)雜故障時(shí)，故障錄波裝置將缺少對(duì)暫態(tài)故障錄波的特殊處理方法。

2.3 故障錄波裝置輔助計(jì)算分析不到位

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，故障錄波裝置通過(guò)數(shù)字量或者模擬量突變啟動(dòng)，故障錄波裝置呈現(xiàn)的報(bào)告中缺少對(duì)故障關(guān)鍵信息的描述。故障錄波報(bào)告中僅有隨時(shí)間變化的正弦波形電氣量以及0和1變位的開(kāi)關(guān)量顯示，缺少最大短路電流和最小母線電壓等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，同時(shí)也沒(méi)有顯示結(jié)論。故障錄波報(bào)告中模擬量的大小和變化需要用輔助工具進(jìn)行測(cè)量讀取，不同的運(yùn)維人員在測(cè)量時(shí)采用方法和工具也不同，導(dǎo)致讀取的數(shù)值存在主觀性誤差，使得運(yùn)維人員對(duì)故障的類型判斷存在偏差。綜上所述，雖然在故障錄波裝置中接入各個(gè)間隔的模擬量和開(kāi)關(guān)量，但是從故障錄波報(bào)告中卻不能得到準(zhǔn)確的故障結(jié)論。

3 故障錄波問(wèn)題優(yōu)化方法

針對(duì)保護(hù)裝置提供接點(diǎn)不足的問(wèn)題，運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)改造故障錄波裝置時(shí)會(huì)放棄一些開(kāi)關(guān)量，待保護(hù)裝置升級(jí)或更換后，等保護(hù)裝置提供接點(diǎn)完善后再進(jìn)行故障錄波開(kāi)關(guān)量接入。當(dāng)發(fā)生故障需要故障錄波裝置提供數(shù)據(jù)時(shí)，運(yùn)維人員無(wú)法在故障錄波裝置中得到數(shù)據(jù)。針對(duì)此種情況，替換故障錄波裝置無(wú)法獲取的接點(diǎn)，或者采用裝置之間的通信直接進(jìn)行獲取。此外，故障錄波裝置對(duì)于關(guān)鍵信息的獲取可以進(jìn)行信息交換，這樣不僅可以達(dá)到部分雙重化的形式，而且大大提高了故障錄波裝置的實(shí)用性[4]。

3.1 廣播采集

為了實(shí)現(xiàn)故障錄波裝置輔助判斷的功能，在故障錄波裝置內(nèi)建立一種廣播式讀取裝置接點(diǎn)的模型，包括故障錄波裝置和數(shù)據(jù)采集通信模塊。通過(guò)數(shù)據(jù)采集通信模塊分別與各線路保護(hù)中含有動(dòng)作接點(diǎn)的保護(hù)裝置進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，根據(jù)數(shù)據(jù)采集通信模塊所采集到各保護(hù)裝置中各動(dòng)作接點(diǎn)的相關(guān)動(dòng)作信息進(jìn)行特性判斷，以啟動(dòng)對(duì)故障的錄波。

故障錄波裝置采用廣播方式進(jìn)行錄波數(shù)據(jù)的收集，可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集通信模塊直接對(duì)接點(diǎn)進(jìn)行讀取，而且故障錄波裝置可以對(duì)保護(hù)裝置的關(guān)鍵信息進(jìn)行收集，保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)不足的問(wèn)題也可以根據(jù)故障錄波裝置所需接點(diǎn)的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行輔助判斷[5]。數(shù)據(jù)采集通信模塊通過(guò)廣播方式采集各保護(hù)裝置中各動(dòng)作接點(diǎn)的相關(guān)動(dòng)作信息，廣播式讀取裝置接點(diǎn)原理示意如圖1所示。

圖1 廣播式讀取裝置接點(diǎn)示意圖

故障錄波裝置還可以與其他接入間隔裝置（如直流裝置、備自投裝置及穩(wěn)控裝置等）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，通過(guò)對(duì)相關(guān)信息的整理和判斷，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的故障錄波功能，也能彌補(bǔ)接點(diǎn)無(wú)法接入的空缺。故障錄波裝置與其他間隔信息交互原理示意如圖2所示。

圖2 錄波裝置與其他間隔信息交互示意圖

3.2 臨時(shí)存儲(chǔ)功能

故障錄波裝置在啟動(dòng)錄波時(shí)無(wú)多重暫態(tài)錄波功能，經(jīng)常導(dǎo)致故障錄波缺失的情況發(fā)生，對(duì)此故障錄波裝置新增臨時(shí)儲(chǔ)存功能擴(kuò)展，對(duì)故障錄波裝置在啟動(dòng)后其他滿足錄波條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行多重暫態(tài)量?jī)?chǔ)存，并通過(guò)故障錄波裝置內(nèi)部DPS管理模塊分析數(shù)據(jù)性質(zhì)，儲(chǔ)存得到的有效數(shù)據(jù)。此外，臨時(shí)儲(chǔ)存故障發(fā)生時(shí)其他有效數(shù)據(jù)，并根據(jù)故障時(shí)的記憶管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)故障錄波數(shù)據(jù)的完整性[6]。故障錄波裝置臨時(shí)存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

圖3 故障錄波裝置臨時(shí)存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)原理

3.3 輔助計(jì)算

在獲取故障錄波報(bào)告后，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員對(duì)報(bào)告進(jìn)行分析時(shí)需要結(jié)合保護(hù)裝置動(dòng)作信息和后臺(tái)SOE進(jìn)行綜合判斷。由于故障錄波裝置不具備輔助計(jì)算功能，故障錄波報(bào)告中缺少最大短路電流和母線電壓計(jì)算數(shù)據(jù)。對(duì)此，在故障錄波裝置通信模塊的基礎(chǔ)上，增加輔助計(jì)算程序。輔助計(jì)算程序會(huì)對(duì)收集的其他間隔信息進(jìn)行整理和計(jì)算，從而得到更加詳細(xì)的間隔動(dòng)作情況[7]。

4 實(shí)現(xiàn)途徑

根據(jù)本文提出的改造方法，在故障錄波裝置增加的功能和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)上，獲取其他接入間隔的相關(guān)信息，故障錄波裝置基于變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信模式進(jìn)行信息獲取，并通過(guò)站內(nèi)交換機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，將獲取的信息轉(zhuǎn)化為軟報(bào)文，并對(duì)軟報(bào)文進(jìn)行解讀。具體實(shí)現(xiàn)途徑主要通過(guò)站內(nèi)站控層（A、B網(wǎng)）為數(shù)據(jù)來(lái)源，以站內(nèi)交換機(jī)作為信息獲取載體，并在故障錄波裝置內(nèi)建立相關(guān)解讀軟件程序進(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)換為軟報(bào)文來(lái)代替接點(diǎn)動(dòng)作信息以及接點(diǎn)的補(bǔ)充信息[8]。

建立如圖4所示的站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⒏鶕?jù)站內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行模型搭建。本文提出的改造方法通過(guò)站控層（A、B網(wǎng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息采集，通過(guò)專用C網(wǎng)作為故障錄波裝置本身的信號(hào)通信，各網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分工明確，實(shí)現(xiàn)各自功能。對(duì)于老舊變電站，可能站控層搭載并不規(guī)范，依然采用串口通信，但是本文提出的改造方法中故障錄波裝置可以接入串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息采集。

圖4 故障錄波裝置站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓韴D

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本文提出的改造方法中新增輔助計(jì)算程序。輔助計(jì)算程序采用廣播形式對(duì)組網(wǎng)中的有用信息進(jìn)行提取，根據(jù)變電站內(nèi)通信規(guī)約的特點(diǎn)進(jìn)行輔助計(jì)算分析，IEC61850通信規(guī)約有固定幀長(zhǎng)報(bào)文和可變幀長(zhǎng)報(bào)文兩種報(bào)文格式。固定幀長(zhǎng)報(bào)文主要用于傳送召喚、命令、確認(rèn)以及應(yīng)答等信息，可變幀長(zhǎng)報(bào)文用于傳送命令和數(shù)據(jù)等信息。以報(bào)文內(nèi)信息元的標(biāo)識(shí)符作為研究的重點(diǎn)，程序?qū)⒉捎肳ireshark抓包分析工具對(duì)報(bào)文進(jìn)行解讀及自動(dòng)分析。所述輔助計(jì)算程序用于通過(guò)報(bào)文解析指令對(duì)所有故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，并進(jìn)一步自動(dòng)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)故障真實(shí)還原[9]。

通過(guò)本文提出的改造方法中站內(nèi)通信組網(wǎng)的建立，可以對(duì)保護(hù)裝置及其他裝置的報(bào)文進(jìn)行解析，不僅是對(duì)無(wú)法接入接點(diǎn)的補(bǔ)充，而且對(duì)故障信息的讀取更加方便[10]。

5 結(jié) 論

近些年，故障錄波裝置的重要性越來(lái)越高，對(duì)于分析復(fù)雜和特殊保護(hù)動(dòng)作情況的作用越來(lái)越大，因此對(duì)其要求也顯著提高。相對(duì)于傳統(tǒng)故障錄波器，本文提出的改造方法還設(shè)有數(shù)據(jù)采集通信模塊分別與各線路保護(hù)中含有動(dòng)作接點(diǎn)的保護(hù)裝置進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，能根據(jù)各保護(hù)裝置中各動(dòng)作接點(diǎn)的相關(guān)動(dòng)作信息進(jìn)行特性判斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障判斷可靠開(kāi)啟錄波，從而能滿足不同線路保護(hù)的錄波接入，避免漏錄波。另外，本文提出的改造方法還設(shè)有記憶存儲(chǔ)器，儲(chǔ)存當(dāng)前錄波過(guò)程中判斷出來(lái)滿足預(yù)定錄波條件的其他數(shù)據(jù)，并在當(dāng)前錄波完成后對(duì)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并補(bǔ)充錄波，實(shí)現(xiàn)所有錄波數(shù)據(jù)完整，從而能確保所有錄波數(shù)據(jù)完整。不僅如此，本文提出的改造方法還設(shè)有輔助計(jì)算模塊，通過(guò)報(bào)文解析指令可以解讀所有錄波數(shù)據(jù)并進(jìn)行自動(dòng)分析，從而實(shí)現(xiàn)故障的真實(shí)還原。